Метрическая черная дыра Шварцшильда

«Теория», описывающая внутреннюю часть черной дыры (в классическом приближении), — это та же теория, которая предполагает существование черных дыр, а именно общая теория относительности.

Как правильно сказал ОП, сингулярность на горизонте событий — это координатная сингулярность, которая является артефактом неправильного выбора координат.

Когда выполняется преобразование координат (в новые координаты, которые особым образом связаны с координатами Шварцшильда вблизи горизонта), горизонт событий становится гладкой светоподобной поверхностью в пространстве-времени — очень похоже на$ct+z=0$гиперплоскость в нормальном пространстве Минковского.

Приведенная выше (причинная) диаграмма Пенроуза представляет собой набросок, сохраняющий все причинно-следственные связи в пространстве-времени. Каждая точка диаграммы соответствует сфере$S^2$сферически-симметричного пространства-времени - угловые координаты опущены (и не изображен радиус сферы). Остальные две координаты, скажем$t,r$, перепараметрируются таким образом, что$rt$-часть метрики есть, на диаграмме$rt$координаты,

$$ds^2 = (-c^2 dt^2 +dr^2) K(r,t)$$ С точностью до зависящего от места масштабирования это просто геометрия Минковского. $K$подразумевает, что некоторые места диаграммы содержат больший объем концентрированного пространства-времени, чем другие. Но правильный относительный коэффициент между $r,t$говорит, что все линии на диаграмме, наклоненные на 45 градусов, нулевые, все «более вертикальные» линии времениподобны, а все «более горизонтальные» пространственноподобны. Массивные объекты могут двигаться только по траекториям, подобным времени.

Тогда пространство-время с черной дырой буквально выглядит как «диаграмма Пенроуза» на картинке. Ничего особенного в интерьере нет. Это просто искривленная область пространства-времени. Кривизна там больше, чем снаружи, и инварианты кривизны уходят в бесконечность вблизи сингулярности, что является будущим событием для любого, кто когда-либо пересечет горизонт событий (темно-зеленая линия 45 градусов).

Маленький зубец в самом верху изображения присутствует только в том случае, если речь идет об испаряющихся черных дырах Хокинга.

Таким образом, все классические наблюдения любого наблюдателя могут быть идеально рассчитаны с использованием универсальных законов ОТО. В частности, никакая информация никогда не может ускользнуть из внутренней части фиолетового треугольника во внешнюю область, потому что для этого потребуются сверхсветовые, пространственноподобные траектории (заданные линиями, которые на диаграмме Пенроуза ближе к горизонтальным, чем к вертикальным).

Обратите внимание, что обычную черную дыру обычно считают статическим объектом. Но как только выбираются какие-либо координаты, которые лечат фальшивую сингулярность на горизонте событий, статика становится невидимой. Картинка выше никоим образом не является трансляционно-инвариантной при вертикальных переводах. Кроме того, внутри черной дыры «переводы» Шварцшильда подобны пространству, поэтому восприятие любого наблюдателя внутри неизбежно зависит от времени - например, через некоторое время каждый наблюдатель неизбежно умирает.

На квантовом уровне идентификация полей, информации и взаимосвязи внутренней части с остальным пространством-временем является сложным вопросом, который является предметом активных исследований специалистов по квантовой гравитации. Есть некоторые подлинные идеи о черновом наброске. Но даже очень известные физики не согласны с этим, и некоторые физики зашли так далеко, что утверждают, что расчеты ОТО, которые предполагают, что внутренняя часть существует и имеет определенную геометрию, недействительны в квантовой гравитации, так что никакой внутренней части вообще не существует. Они говорят, что естественным разрешением некоторых парадоксов, которые, по их мнению, существуют, является то, что любой падающий наблюдатель сгорает от «брандмауэра» уже на горизонте событий. Большинство экспертов с этим не согласны.